Ciblage du mécanisme de chimiorésistance au 5-FU dans le cancer colorectal par reprogrammation métabolique des macrophages associés à la tumeur

Targeting the mechanism of 5-FU chemoresistance in colorectal cancer by metabolic reprogramming of tumor associated macrophages

• Auteur / Autrice : Khaldoun Gharzeddine
• Direction : Thomas Decaens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Virologie microbiologie immunologie
• Date : Soutenance le 20/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pour l'avancée des biosciences (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Walid Rachidi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Frachet, Carlos Rossa Junior
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eva Hamade, Philippe Saas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-environnement tumoral

Cancer colorectal

Macrophages

Dihydropyrimidine déshydrogénase

Mots clés libres

Dihydropyrimidine Dehydrogenase

Immunometabolisme

Macrophages associés aux tumeurs

Tumor Associated Macrophages

Immunometabolism

Dihydropyrimidine Dehydrogenase

Résumé

Le microenvironnement tumoral (TME) consiste en un réseau très complexe des cellules stromales et tumorales ainsi que de facteurs envrionenmentaux comme l'hypoxie qui définissent collectivement l'état de la tumeur. L'un des acteurs clés au sein du TME sont les macrophages, appelés macrophages associés aux tumeurs (TAM). Les TAM interfèrent avec le développement et la progression des tumeurs soit en les inhibant, soit en les favorisant par la médiation de fonctions immunosuppressives et en favorisant la chimiorésistance. Ainsi, nous avons pu démontré que l'hypoxie module la biologie des macrophages et augmente l’expression protéique de la DPD (dihydropyrimidine dehydrogenase) qui est une enzyme qui catabolise le 5-fluorouracile (5-FU), une chimiothérapie de première ligne dans les cancers digestifs. Ce mécanisme confère une chimiorésistance au 5-FU dans les cancers colorectaux humains (CRC). De plus, nous avons montré que ce mécanisme est contrôlé au niveau traductionnel via la stabilisation de HIF-2α. Enfin, nous avons prouvé que seuls les macrophages humains présentent une expression significative de la DPD dans les tumeurs du CRC, les cellules cancéreuses de cancer colorectaux en exprimant peu ainsi que les macrophages de rongeurs. Pour surmonter cette chimiorésistance contrôlée par l'oxygène, nous avons développé, dans ce travail de thèse, une stratégie de reprogrammation métabolique des macrophages en ciblant l'expression de DPD. Pour ce faire, nous avons utilisé des antagonistes contre le récepteur du facteur de stimulation des colonies de macrophages (M-CSF R). En effet, il a été rapporté que le facteur de transcription SP1 est activé par le M-CSF et contrôle l'expression de DPD. Dans notre étude, nous rapportons que bien que tous les antagonistes ciblent la voie M-CSF R via l'inhibition de ses domaines kinases, un seul antagoniste, Edicotinib, cible spécifiquement l'expression de DPD dans les macrophages humains, rendant les cellules cancéreuses du côlon sensibles au 5-FU. Cependant, nous avons démontré que cet effet est médié indépendamment de SP1 et p-ERK, mais lié à la capacité d’Edicotinib à déstabiliser HIF2α en hypoxie. En outre, nous avons constaté que l’edicotinib reprogramme de manière significative les macrophages métaboliquement. Cette reprogrammation métabolique est aussi associée à une régulation négative des gènes associés çà une polarisation de type M2. Ces résultats ouvrent la voie au développement de nouvelles stratégies pour surmonter la chimiorésistance dans le CRC et moduler le rôle des TAMs dans le microenvironnement tumoral.

The tumor microenvironment (TME) consists of a highly complex network of stromal and tumoral cells along with other tumor specific factors such as hypoxia, which collectively define the state of the tumor. One of the key players of immune cells within TME are macrophages, hereby called tumor associated macrophages (TAMs). TAMs interfere in the development and progression of tumors either by suppressing it or promoting it through mediating immunosuppressive functions and advocating chemoresistance against chemotherapeutic treatments. In this context, we demonstrated that hypoxia modulates the biology of macrophages and upregulates the expression of dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD), which is an enzyme that catabolizes the chemotherapeutic agent 5-fluorouracil (5-FU). This mechanism confers a chemoresistance in human colorectal cancer (CRC). Nevertheless, we showed that this mechanism is controlled at the translational level via the stabilization of HIF-2α. Finally, we proved that only human macrophages display upregulated expression and activity of DPD in CRC tumors where neither colon cancerous cells nor rodents’ macrophages showed any significant DPD levels. Secondarily, to overcome this oxygen-controlled chemoresistance we aimed to develop a strategy to reprogram macrophages metabolically by targeting DPD expression. To do so we used antagonists against the Macrophage Colony Stimulatory Factor Receptor (M-CSF R). Indeed, it was reported that the transcription factor SP1 is activated by M-CSF and possibly control DPD expression. In our study, we report that although all antagonists target M-CSF R pathway via the inhibition its kinases domains, only one antagonist, Edicotinib, specifically targets DPD expression in human macrophages rendering colon cancer cells sensitive to 5-FU. However, we have demonstrated that this effect is mediated independently from SP1 and p-ERK, but related to the ability of Edicotinib to destabilize HIF2α in hypoxia. Nonetheless, we found that Edicotinib significantly reprograms macrophages metabolically. This metabolic reprogramming is notably associated with a downregulation of M2 genes. Taken altogether, these interesting and paramount findings insist on the crucial roles that macrophages and hypoxia display within the TME of CRC and pave the way to develop new strategies to overcome chemoresistance in CRC and ameliorate the efficacy of the treatment.